اسفنج‌های پلیمری متخلخل: جذب هم‌زمان آلاینده‌های آلی و فلزات سنگین از پساب‌های صنعتی

نوع مقاله : مروری تحلیلی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران.

چکیده
پساب‌های صنعتی حاصل از صنایع شیمیایی، نساجی، فلزکاری و معدن، حاوی مخلوط‌های پیچیده‌ای از آلاینده‌های متنوع هستند. این آلاینده‌ها شامل آلاینده‌های آلی پایدار، ترکیبات آلی دیرتجزیه‌پذیر (Recalcitrant) و فلزات سنگین سمی هستند. این آلاینده‌ها، به‌تنهایی یا از طریق برهم‌کنش‌های هم‌افزا، می‌توانند اثرات زیان‌باری بر اکوسیستم‌ها و سلامت انسان داشته باشند. هم‌زیستی آن‌ها می‌تواند مقاومت پساب را در برابر تصفیه افزایش داده و کارایی فرایندهای متعارف، از جمله لجن فعال، انعقاد–لخته‌سازی و فرایندهای مبتنی بر جذب سطحی را کاهش دهد. بنابراین، توسعه فرایندهای کارآمدی که قادر به حذف هم‌زمان آلاینده‌های متنوع باشند، همچنان یک چالش عمده در مهندسی محیط‌زیست به شمار می‌رود.
اسفنج‌های پلیمری متخلخل اخیراً به‌عنوان سکوهای جاذب چندمنظوره، توجه قابل‌توجهی را به خود جلب کرده‌اند. جذابیت این مواد ناشی از ساختارهای سه‌بعدی به‌هم‌پیوسته، چگالی کم و سطح ویژه بالای آن‌هاست. افزون بر این، شیمی سطح تنظیم‌پذیر و قابلیت استفاده مجدد بالقوه آن‌ها می‌تواند عملکرد جذب را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد. این اسفنج‌ها، به‌ویژه پس از اصلاح سطح یا ادغام اجزای فعال، می‌توانند حذف هم‌زمان و گزینشی آلاینده‌های آلی و معدنی را ممکن سازند. همچنین، بازیافت‌پذیری و به‌کارگیری ماتریس‌های پلیمری زیست‌پایه در برخی از این سامانه‌ها، مزیت‌های افزوده‌ای از منظر پایداری محیط‌زیستی فراهم می‌کند. در این مقاله مروری، اسفنج‌های پلیمری بر اساس منشأ ماتریس پلیمری (اسفنج‌های سنتزی و زیست‌پایه) و راهبردهای طراحی عملکردی آن‌ها، شامل معماری‌های نانوکامپوزیتی، هوشمند، پلیمری–فلزی و چندلایه، طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین، راهبردهای اصلاح سطح، از جمله عامل‌دارسازی، ادغام نانوذرات و رویکردهای پوشش‌دهی هوشمند، برای بهبود عملکرد جذب بررسی می‌شوند. هدف این راهبردها، بهبود ظرفیت جذب، گزینش‌پذیری و کاربردپذیری عملی در پاکسازی محیط‌زیست است.
سازوکارهای اصلی جذب و اثر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد اسفنج‌ها نیز ارزیابی شده‌اند. مطالعات اخیر نشان می‌دهند که اسفنج‌های اصلاح‌شده، به‌واسطه ظرفیت جذب تقویت‌شده و قابلیت احیای بالقوه‌شان، می‌توانند در شرایط عملیاتی خاص، به‌عنوان جایگزین‌های مکمل جاذب‌های متعارف عمل کنند. بااین‌حال، چالش‌های مرتبط با هزینه‌های تولید، مقیاس‌پذیری و پیاده‌سازی صنعتی در ابعاد بزرگ همچنان حل‌نشده باقی مانده‌اند. در نهایت، توسعه اسفنج‌های زیست‌پایه چندمنظوره برای سامانه‌های تصفیه جریان پیوسته، به‌عنوان مسیری مهم برای پژوهش‌های آینده برجسته می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Porous Polymer Foams: Simultaneous Adsorption of Organic Pollutants and Heavy Metals from Industrial Wastewater

نویسندگان English

Hamidreza Azimi 1
Amirhossein Javanparast 2
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.
چکیده English

Industrial effluents generated by chemical, textile, metal-processing, and mining industries contain complex mixtures of diverse pollutants. These contaminants include persistent organic pollutants, recalcitrant organic compounds, and toxic heavy metals. These contaminants, either individually or through synergistic interactions, can adversely affect ecosystems and human health. Their coexistence can enhance wastewater treatment resistance and reduce the effectiveness of conventional processes, including activated sludge, coagulation–flocculation, and adsorption-based treatments. Therefore, developing efficient processes capable of simultaneously removing diverse contaminants remains a major challenge in environmental engineering.
Porous polymeric foams have recently attracted considerable attention as multifunctional adsorbent platforms. These materials are attractive due to their interconnected three-dimensional structures, low density, and high specific surface areas. Furthermore, their tunable surface chemistry and potential reusability can significantly enhance adsorption performance. These foams, particularly after surface modification or incorporation of active components, can enable simultaneous and selective removal of organic and inorganic contaminants. Moreover, recyclability and the incorporation of bio-based polymer matrices in some systems offer additional advantages in terms of environmental sustainability. In this review, polymeric foams are classified according to the origin of their polymer matrices (synthetic and bio-based foams) and their functional design strategies, including nanocomposite, smart, polymer–metal, and multilayer architectures. Furthermore, surface modification strategies, including functionalization, nanoparticle incorporation, and smart coating approaches, are discussed to enhance adsorption performance. These strategies aim to improve adsorption capacity, selectivity, and practical applicability in environmental remediation.
The primary adsorption mechanisms and the effects of operational parameters on foam performance are also evaluated. Recent studies indicate that modified foams, owing to their enhanced adsorption capacity and potential regeneration capability, may serve as complementary alternatives to conventional adsorbents under specific operating conditions. However, challenges related to production costs, scalability, and large-scale industrial implementation remain unresolved. Finally, the development of bio-based multifunctional foams for continuous-flow treatment systems is highlighted as an important direction for future research.

کلیدواژه‌ها English

Industrial wastewater treatment
Organic contaminants
Heavy metals removal
Porous polymer foams
Adsorption

  • تاریخ دریافت 30 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 31 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 06 تیر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 مرداد 1405